氨基酸 编辑

定义

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氨基酸氨基酸

氨基酸(amino acid):含有氨基羧基的一类有机化合物的通称。生物功能大分子蛋白质的基本组成单位,是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物。氨基连在α-碳上的为α-氨基酸。天然氨基酸均为α-氨基酸。

简介

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氨基酸氨基酸

氨基酸(Amino acid)是构成蛋白质(protein)的基本单位,赋予蛋白质特定的分子结构形态,使它的分子具有生化活性。蛋白质是生物体内重要的活性分子,包括催化新陈代谢的酶。

两个或两个以上的氨基酸化学聚合成肽,一个蛋白质的原始片段,是蛋白质生成的前体。 氨基酸(amino acids)广义上是指既含有一个碱性氨基又含有一个酸性羧基有机化合物,正如它的名字所说的那样。但一般的氨基酸,则是指构成蛋白质的结构单位。在生物界中,构成天然蛋白质的氨基酸具有其特定的结构特点,即其氨基直接连接在α-碳原子上,这种氨基酸被称为α-氨基酸。α-氨基酸是肽和蛋白质的构件分子,在自然界中共有20种。除α-氨基酸外,细胞还含有其他氨基酸。氨基酸是构成生命大厦的基本砖石之一。
α-氨基酸的结构通式:

α氨基酸通式α氨基酸通式


(R是可变基团)
构成蛋白质的氨基酸都是一类含有羧基并在与羧基相连的碳原子下连有氨基的有机化合物,目前自然界中尚未发现蛋白质中有氨基和羧基不连在同一个碳原子上的氨基酸。[1]

氨基酸(氨基酸食品)是蛋白质(蛋白质食品)的基本成分。蜂王浆中含有20多种氨基酸。除蛋白氨酸缬氨酸异亮氨酸赖氨酸苏氨酸色氨酸、苯丙氨酸等人体本身不能合成、又必需的氨基酸外,还含有丰富的丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸、胱氨酸、脯氨酸、酷氨酸、丝氨酸等。科学家分析了蜂王浆(蜂王浆食品)中29种游离氨基酸及其衍生物,脯氨酸含量最高,占总氨基酸含量的58%。

据分析,氨基酸中的谷氨酸,不仅是人体一种重要的营养成分,而且是治疗肝病、神经系统疾病和精神病的常用药物,对肝病精神分裂症神经衰弱均有疗效。[2]

基本结构

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氨基酸为分子结构中含有氨基(―Ndiv )和羧基(―COOH),并且氨基和羧基都直接连接在一个CH结构上的有机化合物。通式是divNCHRCOOH。根据氨基连结在羧酸中碳原子的位置,可分为α、β、γ、δ……的氨基酸( C……C―C―C―C―COOH)。

蛋白质经水解后,即生成20多种α-氨基酸,如甘氨酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸等。[1]

性质

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理化特性

多肽是一种链状的氨基酸多肽是一种链状的氨基酸

1、都是无色结晶。

熔点约在230℃以上,大多没有确切的熔点,熔融时分解并放出CO2;都能溶于强酸和强碱溶液中,除胱氨酸、酪氨酸、二碘甲状腺素外,均溶于水;除脯氨酸和羟脯氨酸外,均难溶于乙醇乙醚

2、具有两性。

有碱性[二元氨基一元羧酸,例如赖氨酸(lysine)];酸性[一元氨基二元羧酸,例如谷氨酸(Glutamic acid)];中性[一元氨基一元羧酸,例如丙氨酸(Alanine)]三种类型。大多数氨基酸都呈显不同程度的酸性或碱性,呈显中性的较少。所以既能与酸结合成盐,也能与碱结合成盐。

由于有不对称的碳原子,呈旋光性。同时由于空间的排列位置不同,又有两种构型:D型和L型,组成蛋白质的氨基酸,都属L型。 由于以前氨基酸来源于蛋白质水解(现在大多为人工合成),而蛋白质水解所得的氨基酸均为α-氨基酸,所以在生化研究方面氨基酸通常指α-氨基酸。至于β、γ、δ……ω等的氨基酸在生化研究中用途较小,大都用于有机合成、石油化工、医疗等方面。氨基酸及其衍生物品种很多,大多性质稳定,要避光、干燥贮存。[2]

基本性质

氨基酸作为一类化学物质,氨基酸的通式决定了它们具有一些共有的基本性质。首先,氨基酸都是小分子物质,分子量都没有超过1000。另外,不同氨基酸的物理性质也有很多相似之处,例如它们都是无色结晶;熔点约在230℃以上,大多没有确切的熔点,熔融时分解并放出CO2;都能溶于强酸和强碱溶液中;除胱氨酸、酪氨酸、二碘甲状腺素外,均溶于水;除脯氨酸和羟脯氨酸外,均难溶于乙醇和乙醚。

大多数氨基酸都呈显不同程度的酸性或碱性,呈显中性的较少。所以既能与酸结合成盐,也能与碱结合成盐。从氨基酸的结构可以看出,由于大部分氨基酸的分子中都有不对称的碳原子,所以基本都具有旋光性。同时由于空间的排列位置不同,又有两种构型:D型和L型。组成蛋白质的氨基酸,都属L型。

合成

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组成蛋白质的大部分氨基酸是以埃姆登-迈耶霍夫(Embden-Meyerhof)途径与柠檬酸循环的中间物为碳链骨架生物合成的。例外的是芳香族氨基酸、组氨酸,前者的生物合成与磷酸戊糖的中间物赤藓糖-4-磷酸有关,后者是由ATP与磷酸核糖焦磷酸合成的。微生物和植物能在体内合成所有的氨基酸,动物有一部分氨基酸不能在体内合成(必需氨基酸)。必需氨基酸一般由碳水化合物代谢的中间物,经多步反应(6步以上)而进行生物合成的,非必需氨基酸的合成所需的酶约14种,而必需氨基酸的合成则需要更多的,约有60种酶参与。生物合成的氨基酸除作为蛋白质的合成原料外,还用于生物碱、木质素等的合成。另一方面,氨基酸在生物体内由于氨基转移或氧化等生成酮酸而被分解,或由于脱羧转变成胺后被分解。

分类

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分类方法

氨基酸的化学结构氨基酸的化学结构

1、根据其结合基团不同:可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸、含硫氨基酸、含碘氨基酸等。

2、人体所需的氨基酸分类:天然的氨基酸现已经发现的有300多种,其中人体所需的氨基酸约有22种,分非必需氨基酸和必需氨基酸(人体无法自身合成)。

3、化学性质分类:另有酸性、碱性、中性、杂环分类,是根据其化学性质分类的。

基本氨基酸

共20种,是组成生命体中的蛋白质的主要单元,详见标准氨基酸列表。  

必需氨基酸

必需氨基酸  (essential amino acid): 指人体(或其它脊椎动物)不能合成或合成速度远不适应机体的需要,必需由食物蛋白供给,这些氨基酸称为必需氨基酸。人体能消化吸收以及利用的氨基酸只有22种。其中有9种氨基酸是成人体内不能合成或合成速度不能满足机体的需要,必须从膳食补充的氨基酸称为必需氨基酸(EAA)。即亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸和组氨酸。其他13种非必需氨基酸可以用葡萄糖或是别的矿物质来源制造。[3]

非必需氨基酸

非必需氨基酸 (nonessentialamino acid):指人(或其它脊椎动物)自己能由简单的前体合成,不需要从食物中获得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。

次要编码氨基酸

包括硒半胱氨酸和吡咯赖氨酸,分别用通常的中止密码子UGA和UAG编码,出现在少数蛋白质中。参见第21和第22种氨基酸。

其它氨基酸

胱氨酸
羟脯氨酸
鸟氨酸
瓜氨酸
鹅膏蕈氨酸

种类介绍

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氨基酸氨基酸结构通式

作为构成成千上万具有特殊功能的蛋白质的基本单位,α-氨基酸中却只有20种是在生物界中普遍存在的,而且它们还具有相同的结构通式(见右图)。

20种氨基酸的主要区别在于它们的R基不同,这也造成了它们的等电点酸碱性疏水性等性质不同。根据这些区别,可将氨基酸分为酸性氨基酸、碱性氨基酸、中性氨基酸,或者疏水氨基酸、亲水氨基酸等。下面分别介绍这20种氨基酸的结构和性质。

基本种类

结构

基本性质

甘氨酸(Glycine)

氨基酸

非必需氨基酸。其R基为一个氢原子,使它成为20种氨基酸中唯一的非手性氨基酸。

丙氨酸(Alanine)

氨基酸

非必需氨基酸

缬氨酸(Valine)

氨基酸

必需氨基酸,侧链为较长的烃链,所以具有疏水性,可以参与蛋白质核心结构的形成,并且稳定水溶性蛋白质三维结构

亮氨酸(Leucine)

氨基酸

必需氨基酸,侧链为较长的烃链,所以具有疏水性,可以参与蛋白质核心结构的形成,并且稳定水溶性蛋白质的三维结构。

异亮氨酸(Isoleucine)

氨基酸

必需氨基酸,侧链为较长的烃链,所以具有疏水性,可以参与蛋白质核心结构的形成,并且稳定水溶性蛋白质的三维结构。

甲硫氨酸(Methionine)

氨基酸

非必需氨基酸,侧链为较长的烃链,所以具有疏水性,可以参与蛋白质核心结构的形成,并且稳定水溶性蛋白质的三维结构。一般位于疏水和亲水基团之间。

脯氨酸(Proline)

氨基酸

非必需氨基酸,侧链为较长的烃链,所以具有疏水性,可以参与蛋白质核心结构的形成,并且稳定水溶性蛋白质的三维结构。由于其侧链同时连在α-碳原子和氨基上,所以通常位于α-螺旋的末端。

苯丙氨酸(Phenylalanine)

氨基酸

必需氨基酸。具有芳香族侧链,所以具有疏水性。

酪氨酸(Tyrosine)

氨基酸

非必需氨基酸。具有芳香族侧链,所以具有疏水性。但由于侧链上具有亲水的-OH基,所以具有部分亲水性。

色氨酸(Tryptophan)

氨基酸

必需氨基酸。具有芳香族侧链,所以具有疏水性。但由于侧链上具有亲水的-NH-基,所以具有部分亲水性。

丝氨酸(Serine)

氨基酸

非必需氨基酸。具有脂羟基侧链,所以具有亲水性。

苏氨酸(Threonine)

氨基酸

必需氨基酸。具有脂羟基侧链,所以具有亲水性。具有两个手性碳原子。

半胱氨酸(Cysteine)

氨基酸

非必需氨基酸。具有硫醇基侧链,可以参与二硫键的形成,

赖氨酸(Lysine)

氨基酸

必需氨基酸。由于侧链中含有氨基,所以具有碱性,属于碱性氨基酸。

精氨酸(Arginine)

氨基酸

非必需氨基酸。由于侧链中含有氨基,所以具有碱性,属于碱性氨基酸。

组氨酸(Histidine)

氨基酸

非必需氨基酸,但其合成速度不能满足身体需要,所以也可以认为是必需氨基酸。由于侧链中含有氨基,所以具有碱性,属于碱性氨基酸。通常位于酶的活性位置,其咪唑环可以通过释放和得到质子实现催化活性

天冬氨酸(Aspartate)

氨基酸

侧链具有羧基,所以属于酸性氨基酸。

天冬酰胺(Asparagine)

氨基酸

侧链具有羧基,所以属于酸性氨基酸,是天冬氨酸的衍生物

谷氨酸酯(Glutamate)

氨基酸

非必需氨基酸。侧链具有羧基,所以属于酸性氨基酸。

谷氨酸(Glutamine)

氨基酸

非必需氨基酸。侧链具有羧基,所以属于酸性氨基酸,是谷氨酸酯的衍生物。


人体所需氨基酸

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氨基酸氨基酸

人体所需的氨基酸约有22种,分非必需氨基酸和必需氨基酸(须从食物中供给)。另有酸性、碱性、中性、杂环分类,是根据其化学性质分类的。

1、必需氨基酸 共有10种其作用分别是:

(一) 赖氨酸(Lysine ):促进大脑发育,是肝及胆的组成成分,能促进脂肪代谢,调节松果腺乳腺黄体卵巢,防止细胞退化;
(二) 色氨酸(Tryptophane):促进胃液及胰液的产生;
(三) 苯丙氨酸(Phenylalanine):参与消除肾及膀胱功能的损耗;
(四) 蛋氨酸(又叫甲硫氨酸)(Methionine);参与组成血红蛋白、组织与血清,有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能;
(五) 苏氨酸(Threonine):有转变某些氨基酸达到平衡的功能;
(六) 异亮氨酸(Isoleucine ):参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢;脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺;
(七) 亮氨酸(Leucine ):作用平衡异亮氨酸;
(八) 缬氨酸(Viline):作用于黄体、乳腺及卵巢。
(九) 组氨酸(Hlstidine):作用于代谢的调节;
(十) 精氨酸(Argnine):促进伤口愈合,精子蛋白成分。

2、非必需氨基酸

氨基酸单字母简写和性质列表:

缩写   全名         中文译名   支链   分子量 等电点 解离常数(羧基) 解离常数(胺基) pKr(R)
G    Gly  Glycine        甘氨酸    亲水性  75.07   6.06    2.35              9.78    
A    Ala  Alanine        丙氨酸    疏水性  89.09   6.11    2.35              9.87    
V    Val  Valine         缬氨酸    疏水性  117.15  6.00    2.39              9.74    
L    Leu  Leucine        亮氨酸    疏水性  131.17  6.01    2.33              9.74    
I    Ile  Isoleucine     异亮氨酸  疏水性  131.17  6.05    2.32              9.76    
F    Phe  Phenylalanine  苯丙氨酸  疏水性  165.19  5.49    2.20              9.31    
W    Trp  Tryptophan     色氨酸    疏水性  204.23  5.89    2.46              9.41    
Y    Tyr  Tyrosine       酪氨酸    亲水性  181.19  5.64    2.20              9.21         10.46  
D    Asp  Aspartic acid  天冬氨酸   酸性   133.10  2.85    1.99              9.90         3.90  
H    His  Histidine      组氨酸     碱性   155.16  7.60    1.80              9.33         6.04  
N    Asn  Asparagine     天冬酰胺  亲水性  132.12  5.41    2.14              8.72    
E    Glu  Glutamic acid  谷氨酸     酸性   147.13  3.15    2.10              9.47         4.07  
K    Lys  Lysine         赖氨酸     碱性   146.19  9.60    2.16              9.06         10.54  
Q    Gln  Glutamine      谷氨酰胺  亲水性  146.15  5.65    2.17              9.13    
M    Met  Methionine     甲硫氨酸  疏水性  149.21  5.74    2.13              9.28  
R    Arg  Arginine       精氨酸     碱性   174.20  10.76   1.82              8.99         12.48  
S    Ser  Serine         丝氨酸    亲水性  105.09  5.68    2.19              9.21    
T    Thr  Threonine      苏氨酸    亲水性  119.12  5.60    2.09              9.10    
C    Cys  Cysteine       半胱氨酸  亲水性  121.16  5.05    1.92              10.70        8.37  
P    Pro  Proline        脯氨酸    疏水性  115.13  6.30    1.95              10.64  

检测方法

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氨基酸氨基酸

茚三酮反应(ninhydrin reaction):在加热条件下,氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫色(与脯氨酸反应生成黄色)化合物的反应。

肽键(peptide bond):一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩合,除去一分子水形成的酰胺键。

(peptide):两个或两个以上氨基通过肽键共价连接形成的聚合物。是氨基酸通过肽键相连的化合物,蛋白质不完全水解的产物也是肽。肽按其组成的氨基酸数目为2个、3个和4个等不同而分别称为二肽、三肽和四肽等,一般含10个以下氨基酸组成的称寡肽(oligopeptide),由10个以上氨基酸组成的称多肽(polypeptide),它们都简称为肽。肽链中的氨基酸已不是游离的氨基酸分子,因为其氨基和羧基在生成肽键中都被结合掉了,因此多肽和蛋白质分子中的氨基酸均称为氨基酸残基(amino acid residue)。

多肽有开链肽和环状肽。在人体内主要是开链肽。开链肽具有一个游离的氨基末端和一个游离的羧基末端,分别保留有游离的α-氨基和α-羧基,故又称为多肽链的N端(氨基端)和C端(羧基端),书写时一般将N端写在分子的左边,并用(H)表示,并以此开始对多肽分子中的氨基酸残基依次编号,而将肽链的C端写在分子的右边,并用(OH)来表示。已有约20万种多肽和蛋白质分子中的肽段的氨基酸组成和排列顺序被测定了出来,其中不少是与医学关系密切的多肽,分别具有重要的生理功能或药理作用。

多肽在体内具有广泛的分布与重要的生理功能。其中谷胱甘肽在红细胞中含量丰富,具有保护细胞膜结构及使细胞内酶蛋白处于还原、活性状态的功能。而在各种多肽中,谷胱甘肽的结构比较特殊,分子中谷氨酸是以其γ-羧基与半胱氨酸的α-氨基脱水缩合生成肽键的,且它在细胞中可进行可逆的氧化还原反应,因此有还原型与氧化型两种谷胱甘肽。

一些具有强大生物活性的多肽分子不断地被发现与鉴定,它们大多具有重要的生理功能或药理作用,又如一些“脑肽”与机体的学习记忆、睡眠、食欲和行为都有密切关系,这增加了人们对多肽重要性的认识,多肽也已成为生物化学中引人瞩目的研究领域之一。

多肽和蛋白质的区别,一方面是多肽中氨基酸残基数较蛋白质少,一般少于50个,而蛋白质大多由100个以上氨基酸残基组成,但它们之间在数量上也没有严格的分界线,除分子量外,现在还认为多肽一般没有严密并相对稳定的空间结构,即其空间结构比较易变具有可塑性,而蛋白质分子则具有相对严密、比较稳定的空间结构,这也是蛋白质发挥生理功能的基础,因此一般将胰岛素划归为蛋白质。但有些书上也还不严格地称胰岛素为多肽,因其分子量较小。但多肽和蛋白质都是氨基酸的多聚缩合物,而多肽也是蛋白质不完全水解的产物。蛋白质一级结构(primary structure):指蛋白质中共价连接的氨基酸残基的排列顺序

功能

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氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质,是在生物体内构成蛋白质分子的基本单位,与生物的生命活动有着密切的关系。它在抗体内具有特殊的生理功能,是生物体内不可缺少的营养成分之一。[3]

生理功能

氨基酸(氨基酸食品)的生理功能

氨基酸通过肽键连接起来成为肽与蛋白质。氨基酸、肽与蛋白质(蛋白质食品)均是有机生命体组织细胞的基本组成成分,对生命活动发挥着举足轻重的作用。

某些氨基酸除可形成蛋白质外,还参与一些特殊的代谢反应,表现出某些重要特性。
(1) 赖氨酸

赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低,且在加工过程中易被破坏而缺乏,故称为第一限制性氨基酸。
赖氨酸可以调节人体代谢平衡。赖氨酸为合成肉碱提供结构组分,而肉碱会促使细胞中脂肪酸的合成。往食物中添加少量的赖氨酸,可以刺激胃蛋白酶与胃酸的分泌,提高胃液分泌功效,起到增进食欲、促进幼儿(幼儿食品)生长与发育的作用。赖氨酸还能提高钙(钙食品)的吸收及其在体内的积累,加速骨骼生长。如缺乏赖氨酸,会造成胃液分沁不足而出现厌食、营养性贫血,致使中枢神经受阻、发育不良。
赖氨酸在医药上还可作为利尿剂的辅助药物,治疗因血中氯化物减少而引起的铅中毒现象,还可与酸性药物(如水杨酸等)生成盐来减轻不良反应,与蛋氨酸合用则可抑制重症高血压(血压食品)病。
单纯性疱疹病毒是引起唇疱疹、热病性疱疹与生殖器疱疹的原因,而其近属带状疱疹病毒是水痘、带状疱疹和传染性单核细胞增生症的致病者。印第安波波利斯Lilly研究室在1979年发表的研究表明,补充赖氨酸能加速疱疹感染的康复并抑制其复发。
长期服用赖氨酸可拮抗另一个氨基酸――精氨酸,而精氨酸能促进疱疹病毒的生长。

(2) 蛋氨酸

蛋氨酸是含硫必需氨基酸,与生物体内各种含硫化合物的代谢密切相关。当缺乏蛋氨酸时,会引起食欲减退、生长减缓或不增加体重、肾脏肿大和肝脏铁(铁食品)堆积等现象,最后导致肝坏死或纤维化。
蛋氨酸还可利用其所带的甲基,对有毒物或药物进行甲基化而起到解毒的作用。因此,蛋氨酸可用于防治慢性或急性肝炎、肝硬化等肝脏疾病,也可用于缓解砷、三氯甲烷、四氯化碳、苯、吡啶和喹啉等有害物质的毒性反应。

(3) 色氨酸
色氨酸可转化生成人体大脑中的一种重要神经传递物质――5–羟色胺,而5–羟色胺有中和肾上腺素与去甲肾上腺素的作用,并可改善睡眠(睡眠食品)的持续时间。当动物大脑中的5–羟色胺含量降低时,表现出异常的行为,出现神经错乱的幻觉以及失眠等。此外,5–羟色胺有很强的血管收缩作用,可存在于许多组织,包括血小板和肠粘膜细胞中,受伤后的机体会通过释放5–羟色胺来止血。医药上常将色氨酸用作抗闷剂、抗痉挛剂、胃分泌调节剂、胃粘膜保护剂和强抗昏迷剂等。

(4) 缬氨酸亮氨酸异亮氨酸苏氨酸
缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸均属支链氨基酸,同时都是必需氨基酸。当缬氨酸不足时,大鼠中枢神经系统功能会发生紊乱,共济失调而出现四肢震颤。通过解剖切片脑组织,发现有红核细胞变性现象,晚期肝硬化病人因肝功能损害,易形成高胰岛素血症,致使血中支链氨基酸减少,支链氨基酸和芳香族氨基酸的比值由正常人的3.0~3.5降至1.0~1.5,故常用缬氨酸等支链氨基酸的注射液治疗肝功能衰竭等疾病。此外,它也可作为加快创伤愈合的治疗剂。
亮氨酸可用于诊断和治疗小儿的突发性高血糖(血糖食品)症,也可用作头晕治疗剂及营养滋补剂。异亮氨酸能治疗神经障碍、食欲减退和贫血,在肌肉蛋白质代谢中也极为重要。
苏氨酸是必需氨基酸之一,参与脂肪代谢,缺乏苏氨酸时出现肝脂肪病变。

(5) 天冬氨酸天冬酰胺
天冬氨酸通过脱氨生成草酰乙酸而促进三羧酸循环,故是三羧酸循环中的重要成分。天冬氨酸也与鸟氨酸循环密切相关,担负着使血液中的氨转变为尿素排泄出去的部分工作。同时,天冬氨酸还是合成乳清酸等核酸前体物质的原料。
通常将天冬氨酸制成钙、镁、钾或铁等的盐类后使用。因为这些金属在与天冬氨酸结合后,能通过主动运输途径透过细胞膜进入细胞内发挥作用。天冬氨酸钾盐与镁盐的混合物,主要用于消除疲劳,临床上用来治疗心脏病、肝病、糖尿病(糖尿病食品)等疾病。天冬氨酸钾盐可用于治疗低钾症,铁盐可治疗贫血。
不同癌细胞的增殖需要消耗大量某种特定的氨基酸。寻找这种氨基酸的类似物――代谢拮抗剂,被认为是治疗癌症(癌症食品)的一种有效手段。天冬酰胺酶能阻止需要天冬酰胺的癌细胞(白血病)的增殖。天冬酰胺的类似物S–氨甲酰基–半胱氨酸经动物试验对抗白血病有明显的效果。目前已试制的氨基酸类抗癌物有10多种,如N–乙酰–L–苯丙氨酸、N–乙酰–L–缬氨酸等,其中有的对癌细胞的抑制率可高达95%以上。

(6) 胱氨酸半胱氨酸

胱氨酸及半胱氨酸是含硫的非必需氨基酸,可降低人体对蛋氨酸的需要量。胱氨酸是形成皮肤不可缺少的物质,能加速烧伤伤口的康复及放射性损伤的化学保护,刺激红、白细胞的增加。
半胱氨酸所带的巯基(-SH)具有许多生理作用,可缓解有毒物或有毒药物(酚、苯、萘、氰离子)的中毒程度,对放射线也有防治效果。半胱氨酸的衍生物N–乙酰–L–半胱氨酸,由于巯基的作用,具有降低粘度的效果,可作为粘液溶解剂,用于防治支气管炎等咳痰的排出困难。此外,半胱氨酸能促进毛发的生长,可用于治疗秃发症。其他衍生物,如L–半胱氨酸甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎、鼻粘膜渗出性发炎等。

(7) 甘氨酸

甘氨酸是最简单的氨基酸,它可由丝氨酸失去一个碳而生成。甘氨酸参与嘌呤类、卟啉类、肌酸和乙醛酸的合成,乙醛酸因其氧化产生草酸而促使遗传病草酸尿的发生。此外,甘氨酸可与种类繁多的物质结合,使之由胆汁或尿中排出。此外,甘氨酸可提供非必需氨基酸的氮源,改进氨基酸注射液在体内的耐受性。将甘氨酸与谷氨酸、丙氨酸一起使用,对防治前列腺肥大并发症、排尿障碍、频尿、残尿等症状颇有效果。

(8) 组氨酸

组氨酸对成人为非必需氨酸,但对幼儿却为必需氨基酸。在慢性尿毒症患者的膳食中添加少量的组氨酸,氨基酸结合进入血红蛋白的速度增加,肾原性贫血减轻,所以组氨酸也是尿毒症患者的必需氨基酸。
组氨酸的咪唑基能与Fe2 或其他金属离子形成配位化合物,促进铁的吸收,因而可用于防治贫血。组氨酸能降低胃液酸度,缓和胃肠手术的疼痛,减轻妊娠期呕吐及胃部灼热感,抑制由植物神经紧张而引起的消化(消化食品)道溃烂,对过敏性疾病,如哮喘等也有功效。此外,组氨酸可扩张血管,降低血压,临床上用于心绞痛、心功能不全等疾病的治疗。类风湿性关节炎患者血中组氨酸含量显著减少,使用组氨酸后发现其握力、走路与血沉等指标均有好转。
在组氨酸脱羧酶的作用下,组氨酸脱羧形成组胺。组胺具有很强的血管舒张作用,并与多种变态反应及发炎有关。此外,组胺会刺激胃蛋白酶与胃酸。

(9) 谷氨酸

谷氨酸、天冬氨酸具有兴奋性递质作用,它们是哺乳动物中枢神经系统中含量最高的氨基酸,其兴奋作用仅限于中枢。当谷氨酸含量达9%时,只要增加10–15mol的谷氨酸就可对皮层神经元产生兴奋性影响。因此,谷氨酸对改进和维持脑功能必不可少。
谷氨酸经谷氨酸脱羧酶的脱羧作用而形成γ–氨基丁酸,后者是存在于脑组织中的一种具有抑制中枢神经兴奋作用的物质,当γ–氨基丁酸含量降低时,会影响细胞代谢与细胞功能。
谷氨酸的多种衍生物,如二甲基氨乙醇乙酰谷氨酸,临床上用于治疗因大脑血管障碍而引起的运动(运动食品)障碍、记忆障碍和脑炎等。γ–氨基丁酸对记忆障碍、言语障碍、麻痹和高血压等有效,γ–氨基β–羟基丁酸对局部麻痹、记忆障碍、言语障碍、本能性肾性高血压、羊癫疯和精神发育迟缓等有效。
谷氨酸与天冬氨酸一样,也与三羧酸循环有密切的关系,可用于治疗肝昏迷等症。谷氨酸的酰胺衍生物――谷氨酰胺,对胃溃疡有明显的效果,其原因是谷氨酰胺的氨基转移到葡萄糖上,生成消化器粘膜上皮组织粘蛋白的组成成分葡萄(葡萄食品)糖胺。

(10) 丝氨酸丙氨酸脯氨酸

丝氨酸是合成嘌呤、胸腺嘧淀与胆碱的前体,丙氨酸对体内蛋白质合成过程起重要作用,它在体内代谢时通过脱氨生成酮酸,按照葡萄糖代谢途径生成糖。脯氨酸分子中吡咯环在结构上与血红蛋白密切相关。羟脯氨酸是胶原的组成成分之一。体内脯氨酸、羟脯氨酸浓度不平衡会造成牙齿、骨骼中的软骨及韧带组织的韧性减弱。脯氨酸衍生物和利尿剂配合,具有抗高血压作用。  

在人体中的作用

一、构成人体的基本物质,是生命的物质基础

1、构成人体的最基本物质之一

构成人体的最基本的物质,有蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐、维生素、水和食物纤维等。

作为构成蛋白质分子的基本单位的氨基酸,无疑是构成人体内最基本物质之一。

构成人体的氨基酸有20多种,它们是:色氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、组氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、3.5.二碘酪氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、精氨酸、瓜氨酸、乌氨酸等。这些氨基酸存在于自然界中,在植物体内都能合成,而人体不能全部合成。其中8种是人体不能合成的,必需由食物中提供,叫做“必需氨基酸”。这8种必需氨基酸是:色氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸。其他则是“非必需氨基酸”。组氨酸能在人体内合成,但其合成速度不能满足身体需要,有人也把它列为“必需氨基酸”。胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、丝氨酸和甘氨酸长期缺乏可能引起生理功能障碍,而列为“半必需氨基酸”,因为它们在体内虽能合成,但其合成原料是必需氨基酸,而且胱氨酸可取代80%~90%的蛋氨酸,酪氨酸可替代70%~75%的苯丙氨酸,起到必需氨基酸的作用,上述把氨基酸分为“必需氨基酸”、“半必需氨基酸”和“非必需氨基酸”3类,是按其营养功能来划分的;如按其在体内代谢途径可分为“成酮氨基酸”和“成糖氨基酸”;按其化学性质又可分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸,大多数氨基酸属于中性。

2、生命代谢的物质基础

生命的产生、存在和消亡,无一不与蛋白质有关,正如恩格斯所说:“蛋白质是生命的物质基础,生命是蛋白质存在的一种形式。”如果人体内缺少蛋白质,轻者体质下降,发育迟缓,抵抗力减弱,贫血乏力,重者形成水肿,甚至危及生命。一旦失去了蛋白质,生命也就不复存在,故有人称蛋白质为“生命的载体”。可以说,它是生命的第一要素。

蛋白质的基本单位是氨基酸。如果人体缺乏任何一种必需氨基酸,就可导致生理功能异常,影响抗体代谢的正常进行,最后导致疾病。同样,如果人体内缺乏某些非必需氨基酸,会产生抗体代谢障碍。精氨酸和瓜氨酸对形成尿素十分重要;胱氨酸摄入不足就会引起胰岛素减少,血糖升高。又如创伤后胱氨酸和精氨酸的需要量大增,如缺乏,即使热能充足仍不能顺利合成蛋白质。总之,氨基酸在人体内通过代谢可以发挥下列一些作用:①合成组织蛋白质;②变成酸、激素、抗体、肌酸等含氨物质;③转变为碳水化合物和脂肪;④氧化成二氧化碳和水及尿素,产生能量。因此,氨基酸在人体中的存在,不仅提供了合成蛋白质的重要原料,而且对于促进生长,进行正常代谢、维持生命提供了物质基础。如果人体缺乏或减少其中某一种,人体的正常生命代谢就会受到障碍,甚至导致各种疾病的发生或生命活动终止。由此可见,氨基酸在人体生命活动中显得多么需要。

二、在食物营养中的地位和作用

人类为了生存必需摄取食物,以维持抗体正常的生理、生化、免疫机能,以及生长发育、新陈代谢等生命活动,食物在体内经过消化、吸收、代谢,促进抗体生长发育、益智健体、抗衰防病、延年益寿的综合过程称为营养。食物中的有效成分称为营养素。

作为构成人体的最基本的物质的蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐(即矿物质,含常量元素和微量元素)、维生素、水和食物纤维,也是人体所需要的营养素。它们在机体内具有各自独特的营养功能,但在代谢过程中又密切联系,共同参加、推动和调节生命活动。机体通过食物与外界联系,保持内在环境的相对恒定,并完成内外环境的统一与平衡。[4]

氨基酸在这些营养素的作用:

1.蛋白质在机体内的消化和吸收是通过氨基酸来完成的

作为机体内第一营养要素的蛋白质,它在食物营养中的作用是显而易见的,但它在人体内并不能直接被利用,而是通过变成氨基酸小分子后被利用的。即它在人体的胃肠道内并不直接被人体所吸收,而是在胃肠道中经过多种消化酶的作用,将高分子蛋白质分解为低分子的多肽或氨基酸后,在小肠内被吸收,沿着肝门静脉进入肝脏。一部分氨基酸在肝脏内进行分解或合成蛋白质;另一部分氨基酸继续随血液分布到各个组织器官,任其选用,合成各种特异性的组织蛋白质。在正常情况下,氨基酸进入血液中与其输出速度几乎相等,所以正常人血液中氨基酸含量相当恒定。如以氨基氮计,每百毫升血浆中含量为4~6毫克,每百毫升血球中含量为6.5~9.6毫克。饱餐蛋白质后,大量氨基酸被吸收,血中氨基酸水平暂时升高,经过6~7小时后,含量又恢复正常。说明体内氨基酸代谢处于动态平衡,以血液氨基酸为其平衡枢纽,肝脏是血液氨基酸的重要调节器。因此,食物蛋白质经消化分解为氨基酸后被人体所吸收,抗体利用这些氨基酸再合成自身的蛋白质。人体对蛋白质的需要实际上是对氨基酸的需要。

2.起氮平衡作用

当每日膳食中蛋白质的质和量适宜时,摄入的氮量由粪、尿和皮肤排出的氮量相等,称之为氮的总平衡。实际上是蛋白质和氨基酸之间不断合成与分解之间的平衡。正常人每日食进的蛋白质应保持在一定范围内,突然增减食入量时,机体尚能调节蛋白质的代谢量维持氮平衡。食入过量蛋白质,超出机体调节能力,平衡机制就会被破坏。完全不吃蛋白质,体内组织蛋白依然分解,持续出现负氮平衡,如不及时采取措施纠正,终将导致抗体死亡。

3.转变为糖或脂肪

氨基酸分解代谢所产生的a-酮酸,随着不同特性,循糖或脂的代谢途径进行代谢。a-酮酸可再合成新的氨基酸,或转变为糖或脂肪,或进入三羧循环氧化分解成CO2和divO,并放出能量。  

4. 产生一碳单位

某些氨基酸分解代谢过程中产生含有一个碳原子的基团,包括甲基、亚甲基、甲烯基、甲快基、甲酚基及亚氨甲基等。

一碳单位具有一下两个特点:1.不能在生物体内以游离形式存在; 2.必须以四氢叶酸为载体。 能生成一碳单位的氨基酸有:丝氨酸、色氨酸、组氨酸、甘氨酸。另外蛋氨酸(甲硫氨酸)可通过S-腺苷甲硫氨酸(SAM)提供“活性甲基”(一碳单位),因此蛋氨酸也可生成一碳单位。一碳单位的主要生理功能是作为嘌呤和嘧啶的合成原料,是氨基酸和核苷酸联系的纽带。

5.参与构成酶、激素、部分维生素

酶的化学本质是蛋白质(氨基酸分子构成),如淀粉酶、胃蛋白酶、胆碱脂酶、碳酸酐酶、转氨酶等。含氮激素的成分是蛋白质或其衍生物,如生长激素、促甲状腺激素、肾上腺素、胰岛素、促肠液激素等。有的维生素是由氨基酸转变或与蛋白质结合存在。酶、激素、维生素在调节生理机能、催化代谢过程中起着十分重要的作用。

6.人体必需氨基酸的需要量

成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%~37%。

医疗应用

在医疗中的应用

氨基酸在医药上主要用来制备复方氨基酸输液,也用作治疗药物和用于合成多肽药物。目前用作药物的氨基酸有一百几十种,其中包括构成蛋白质的氨基酸有20种和构成非蛋白质的氨基酸有100多种。

由多种氨基酸组成的复方制剂在现代静脉营养输液以及“要素饮食”疗法中占有非常重要的地位,对维持危重病人的营养,抢救患者生命起积极作用,成为现代医疗中不可少的医药品种之一。

谷氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、胱氨酸、L-多巴等氨基酸单独作用治疗一些疾病,主要用于治疗肝病疾病、消化道疾病、脑病、心血管病、呼吸道疾病以及用于提高肌肉活力、儿科营养和解毒等。此外氨基酸衍生物在癌症治疗上出现了希望。

与衰老的关系

与衰老的关系

老年人如果体内缺乏蛋白质分解较多而合成减慢。因此一般来说,老年人比青壮年需要蛋白质数量多,而且对蛋氨酸、赖氨酸的需求量也高于青壮年。60岁以上老人每天应摄入70克左右的蛋白质, 而且要求蛋白质所含必需氨基酸种类齐全且配比适当的,这样优质蛋白,延年益寿。

含有氨基酸的食物

氨基酸含量比较丰富的食物有鱼类,像墨鱼章鱼鳝鱼泥鳅海参墨鱼蚕蛹、鸡肉、冻豆腐、紫菜、等。另外,像豆类,豆类食品,花生杏仁香蕉含的氨基酸就比较多牛肉、鸡蛋黄豆银耳和新鲜果蔬; 动物内脏、瘦肉、鱼类、乳类、山药等;

蛋白质的功能

蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸

蜂蜜中蛋白质的均含量为0.3%。蛋白质(蛋白质食品)是人体组织,酶,色素,免疫体和其它特异性物质的组成分,另外它在化过程,机体代谢反应和保护反应中起着重要用。蜂蜜中氨酸量种类甚多,已知含有18种氨基酸(氨基酸食品)其中8种为人必需氨基。酸氯基是蛋白质的组成成分,其营养价值与蛋白质相同。

1结构和支持作用,无论是细胞膜,细胞核,还是细胞质,蛋白质都作为主要成分参与这些结构的构成。
2催化作用:生物体内的各种化学反应,几乎都需要催化剂的催化作用才能进行,而这些催化剂就是酶。目前已发现的酶类,其化学本质上都是蛋白质。
3:调节作用:生物体内有些激素如胰岛素,生长素等也是蛋白质。这些激素的相互作用调节着生物体的生长.发育.和新陈代谢的正常进行。
4:运输作用:细胞膜上有些蛋白质专门负责某些物质的跨膜运输;血液中有许多蛋白质具有运输功能,如红细胞中的血红蛋白可以运输二氧化碳和氧。
5:防御作用:高等动物机体免疫系统中的抗体能够抵御外来有害物质的侵袭,这些抗体即免疫球蛋白。
6:运动功能:肌肉的收缩时蛋白质相互滑动的结果;细胞分裂和细胞的各种运动都与蛋白质有关

在动物上的应用

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一、加工工艺
  氨基酸是以各种海鱼加工厂下脚料、蒸煮浆水为原料,经微生物发酵、酸碱水解处理后,喷雾干燥加工而成。本品为鱼粉加工过程中流失的营养,营养成份类似于鱼粉,含有18种游离氨基酸,全部氨基酸总量约73.1%。

二、性状
  外观类似于赖氨酸粉末,易溶于水,有吸潮性,具有发酵香味。

三、营养成份
  粗蛋白质含量大于80.0%四、产品特点
  1、 可为植物提供更全面的营养,可做叶面肥、浓缩肥、液态肥原料;
  2、 本品能补充鱼粉加工过程中流失的最有效的20%营养成份,或补充非全鱼加工的鱼粉营养不全面的氨基酸,含有动物所必需的多种营养全面的氨基酸有效成份,能补充各种必需氨基酸,特别是弥补常规饲料原料及植物饲料中容易缺乏的必需氨基酸,利用平衡氨基酸的“木桶效应”原理,对其它营养成份起增效作用;
  3、 本品含有的多种营养成份经微生物发酵后呈离子状态完全溶于水,利于水产动物吸收利用,能代替鱼粉补充营养适合水产动物采食,快速生长,特种水产代替鱼粉节省成本见效显著;
  4、 本品经特殊工艺喷雾干燥后,体积大重量轻,重量只有普通饲料的一半,特别适合生产膨化水产饲料,鱼虾、海水鱼开口料;
  5、 本品富含的胱氨酸、酪氨酸、丝氨酸能促进畜禽皮毛生长,肉猪皮肤红润,毛色发亮,黄鸡能增加毛色鲜艳度、鸡冠鸡脚颜色;
  6、 增香增鲜,促进动物食欲,本品谷氨酸含量高,具有调节口感,促进动物食欲之功效,水产饲料能代替甜菜碱增加饲料的适口性;
  7、 本品添加于发酵豆粕、发酵饲料中,有利于平衡微生物营养需求,促进微生物的生长繁殖,发酵更快更好更透彻;
  8、 具有一定的粘合能力,有保护饲料营养散失和增强颗粒饲料定型的作用。
四、注意事项
  1、本品因为氨基酸含量高而极易吸潮,未用完时务必密封保存。
  2、添加本品无需粉碎,在其他原料粉碎混合均匀后再添加混合,以免粘附附设备,或者用50%水浸泡3-6小时待完全溶解后添加。

代谢途径

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氨基酸参与代谢的具体途径有以下几条:

1、脱氨基作用,主要在肝脏中进行:

包括如下几种过程:

(一)氧化脱氨基:第一步,脱氢,生成亚胺;第二步,水解。生成的divO2有毒,在过氧化氢酶催化下,生成divO O2,解除对细胞的毒害。

(二)非氧化脱氨基作用:①还原脱氨基(严格无氧条件下);②水解脱氨基;③脱水脱氨基;④脱巯基脱氨基;⑤氧化-还原脱氨基,两个氨基酸互相发生氧化还原反应,生成有机酸、酮酸、氨;⑥脱酰胺基作用。

(三)转氨基作用。转氨作用是氨基酸脱氨的重要方式,除Gly、Lys、Thr、Pro外,大部分氨基酸都能参与转氨基作用。α-氨基酸和α-酮酸之间发生氨基转移作用,结果是原来的氨基酸生成相应的酮酸,而原来的酮酸生成相应的氨基酸。

(四)联合脱氨基:单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基,单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基:1、以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用。氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上,生成相应的α-酮酸和Glu,然后在L-Glu脱氨酶催化下,脱氨基生成α-酮戊二酸,并释放出氨。2、通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用。骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主。

2、脱羧作用

生物体内大部分氨基酸可进行脱羧作用,生成相应的一级胺。氨基酸脱羧酶专一性很强,每一种氨基酸都有一种脱羧酶,辅酶都是磷酸吡哆醛。氨基酸脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中,有些产物具有重要生理功能,如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸,是重要的神经介质。His脱羧生成组胺(又称组织胺),有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺,有升高血压的作用。但大多数胺类对动物有毒,体内有胺氧化酶,能将胺氧化为醛和氨。

因此,氨基酸在人体中的存在,不仅提供了合成蛋白质的重要原料,而且对于促进生长,进行正常代谢、维持生命提供了物质基础。如果人体缺乏或减少其中某一种,人体的正常生命代谢就会受到障碍,甚至导致各种疾病的发生或生命活动终止。

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